基于uC／OS-Ⅱ的光盤伺服控制系統(tǒng)的設計-設計應用

精品文檔-下載后可編輯基于uC／OS-Ⅱ的光盤伺服控制系統(tǒng)的設計-設計應用光盤伺服控制系統(tǒng)是典型的光機電一體化的控制系統(tǒng)，是光盤驅動器和CD／VCD／DVD播放器的重要組成部分。目前業(yè)界普遍采用單片機與伺服控制數(shù)字信號處理器配合實現(xiàn)的結構，已可單片化(將單片機和伺服控制數(shù)字信號處理器集成在一塊芯片上)實現(xiàn)光盤伺服控制系統(tǒng)。不論是芯片組的形式，還是單片化的形式，都少不了以板級控制軟件(也稱為固件)實現(xiàn)控制系統(tǒng)。目前普遍采用的方案是利用運行于單片機的小型嵌入式操作系統(tǒng)實現(xiàn)光盤伺服系統(tǒng)。為采用自行研發(fā)的光盤伺服信號處理器實現(xiàn)支持多格式光盤的伺服控制系統(tǒng)，筆者對光盤伺服控制系統(tǒng)做了比較深入的研究。本文介紹了一種以Hitachi的H8S／2357F作為控制處理器，μC／OS-II作為嵌入式實時操作系統(tǒng)的光盤伺服控制系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)。

1光盤伺服控制系統(tǒng)的硬件設計

光盤伺服控制系統(tǒng)的硬件設計如圖1所示。該設計采用自行研發(fā)的伺服數(shù)字信號處理器、Hitachi公司的H8S／2357F高性能16位微控制器、AKM公司的AK8566、TI公司的SSl3736等芯片實現(xiàn)CD-ROM、DVD和CD-R／RW的伺服功能。并在該系統(tǒng)中完成對自行研發(fā)的光盤伺服數(shù)字信號處理器設計的驗證，為光盤伺服系統(tǒng)的產品化做好準備。

2光盤伺服控制系統(tǒng)的軟件設計

系統(tǒng)分析和軟件設計是光盤伺服控制系統(tǒng)實現(xiàn)的難點之一，設計的優(yōu)劣關系到系統(tǒng)的讀碟能力、使用壽命、穩(wěn)定性、擴展性、維護性等性能。因為要兼顧DVD、CD和CD-R／RW等光盤格式和各種不同的機械參數(shù)的設置，伺服控制軟件的設計變得相對復雜。為了使控制邏輯明了和易于實現(xiàn)，采用在H8S／2357F上運行μC／OS-II實現(xiàn)光盤伺服控制系統(tǒng)是一個比較好的選擇。H8S／2357F的資源比較豐富，μC／OS-II在H8上可以很好地運行，易于系統(tǒng)的開發(fā)。

光盤伺服系統(tǒng)設計的關鍵是分析光盤伺服系統(tǒng)，把各個功能在μC／OS-II核的基礎上建立起來，使其有機協(xié)調地運轉，實現(xiàn)光盤伺服控制系統(tǒng)。

2．μC／OS-II嵌入式實時多任務操作系統(tǒng)

μC／OS-II是由JEANJ．LABROSSE編寫的一個源代碼公開、可使用的嵌入式實時操作系統(tǒng)。它是μC／OS的一個升級版本。從老的μCOS到的μC／OS-Ⅱ，已有十多年的歷史。它的特點主要有：公開源代碼、可移植性、可固化、可裁減、支持多任務、具有可確定性等。μC／OS-II面向中小型嵌入式系統(tǒng)，是基于優(yōu)先級搶占式的實時多任務操作系統(tǒng)，包含了實時內核、任務管理、時間管理、任務間通信同步(信號量、郵箱、消息隊列)和內存管理等功能，絕大部分代碼用C語言編寫，與硬件相關部分用匯編語言編寫。

基于μC／OS-II的應用系統(tǒng)工作時，首先把CPU初始化；接著進行操作系統(tǒng)初始化，主要完成任務控制塊(TCB)初始化、TCB優(yōu)先級表初始化、空任務的創(chuàng)建等；然后開始創(chuàng)建新任務，并可在新創(chuàng)建的任務中再創(chuàng)建其他的新任務；調用OSSTART()函數(shù)啟動多任務調度。

2．2光盤伺服系統(tǒng)的分析

對光盤伺服控制系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)已有一些參考資料。根據(jù)μC／OS-II的特點和光盤伺服系統(tǒng)工作的具體情況，筆者將實現(xiàn)的光盤伺服系統(tǒng)分為三個運行狀態(tài)：Power-OnState(上電態(tài))、IdleState(空閑態(tài))、ExecutionState(執(zhí)行態(tài))。圖2表示了設定的三個狀態(tài)之間的關系和進入各個狀態(tài)的條件。三個狀態(tài)中，執(zhí)行態(tài)為復雜。為了把復雜的問題簡單化，把執(zhí)行態(tài)劃分為三個子系統(tǒng)：HostInterface(HIS)、BufferManager(BM)、DiskInterface(DIS)。圖3表示了這三個子系統(tǒng)之間的聯(lián)系和進入跳出各個子系統(tǒng)的條件。圖4表示了子系統(tǒng)之間的狀態(tài)變化及其條件，比較明晰地表示了執(zhí)行態(tài)的實現(xiàn)過程。

2．3伺服系統(tǒng)的軟件結構

經過如上分析，光盤伺服系統(tǒng)初始化后，創(chuàng)建了五個任務：HostTask(主機任務)、SerialPortTask(串口任務)、DiskReadTask(讀盤任務)、DiskWriteTask(寫盤任務)、ServoTask(伺服任務)。任務間通過Semaphore(信號量)和Mailbox(郵箱)進行通信，實現(xiàn)交互控制和任務的切換。圖5表明了這五個任務之間的關系。

下面給出主程序的框架：

voidmain(void){／／初始化處理器和硬件……//生產任務OSTaskCreate（ServoTask，（void*）0，（void*）ServoTaskStk[511],4）；OSTaskCreate(DiscWrTask，（void*）0，（void*）DiscWTaskStk[511],6)；OSTaskCreate(DiscRdTask，（void*）0，（void*）DiscRdTaskStk[511],8)；OSTaskCreate(HostTask，（void*）0，（void*）(HostTaskStk[511],10)；OSTaskCreate(SerialCmdTask，（void*）0，（void*）SerialCmdTaskStk[511],3)；OSTaskCreate(ServoTimerTask，（void*）0，（void*）ServoTimerTaskStk[511],)／／產生信號量和任務參數(shù)／／任務開始運行OSStart()；}

本設計在Hitach